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1、100%使用熔剂性复合球团矿冶炼生铁有助于减少X排放许来宾 郭晓雨 （河北宣化正朴铁业有限责任公司，河北张家口宣化 07510）1 前言中国钢铁工业发展到今天，制约其发展的已不只是产能过剩、构造失调等问题，而更重要的是环保问题。要解决民生问题，如果把粮食安全排在第一位的话，那么环境安全就紧随其后。减少生铁冶炼过程中对大气的污染,重要是解决好“三脱”,即脱（烟）尘、脱硫和脱硝（烟）。脱尘问题已解决得较好;脱硫问题在技术层面上已没有问题,只是由于运营成本高，有些厂家不乐意使用脱硫设备;脱硝问题是摆在钢铁行业面前的一种新问题,由于技术层面没有公认的成熟工艺，环保部门的NOX排放原则重要是以减氮燃烧作
2、为基准根据,这样就导致国内NOX排放原则相对比较宽松。NOX俗称“硝”,古中文的解释是“其体积可以变得越来越小的一种矿石”,也称“硝石”、“药石”,它自身没有燃烧性能，但具有助燃能力，是中国古代四大发明之一火药的重要配料。现代研究觉得，它也是空气中细微颗粒物的成员之一，是“雾霾”天气形成的元凶。大气中的NOX重要来自于海洋和土壤的有机物分解，它们是N的自然循环。据上世纪80年代,有关国际研究机构记录,人类工业活动NO每年的排放量是53万吨。国内工业NX的排放总量超过190万吨。重要来自于人类对化石类燃料的过度使用。表一是各类燃料NOX的单位排放量:表一不同燃料OX排放量(kg/t）天燃气石油煤
3、6.359.2.89钢铁行业重要污染来自炼铁过程，10%使用球团矿进行生铁冶炼,不仅可以节省能源,减少O2 、SOX的排放，也可以在过程中减少或控制的燃烧,从而减少NOX排放,和谐环境。减少NX排放是钢铁行业目前急待要解决的问题。2 氮氧化物(NX）形成机理及炼铁流程中NX形成节点分析氮氧化物(OX）排放对于所有运用空气的燃烧过程是相似的。煤中氮的含量高是燃煤NX排放水平高于燃油的重要因素。由于空气自身氮的重量占四分之三以上，因此燃烧空气应是形成NOX的基本因素。然而由于牢固的化学键的影响事实并非如此。NO是由于燃烧过程中的多种反映产生的，两个重要来源是燃料型NO和热力型OX。燃料型NX是由一
4、定比例的燃料结合氮氧化形成的，但如果燃料氮的释放是在还原氛围中发生的,则NOX的形成能受到克制。热力型O是由燃烧空气中的氮气同有效的氧气之间发生反映生成的，生成率同炉温呈指数关系。但也取决于时间和氧的浓度。煤中存在的氮化合物,单个氮原子一般与碳原子结合成有机氮化合物。空气中的自由氮分子，氮原子的非常强的N-N键成对结合成氮分子（N），这种结合比C-键结合强约三倍,这些化学键被裂解形成NX。CN键比较容易破裂，而N-N键破裂则需要更多的能量，因此大气中的氮形成OX只有在500以上的温度条件下才故意义,并随温度呈指数增长,在相对低的燃烧温度下，由燃料中的氮生成的NOX并且不会显示同样的变化。由此可
5、知,对燃烧区域OX的形成两个最重要的影响因素是氧气和温度。因此,控制这两个因素，就意味着控制NX的形成。根据以上结论,在整个炼铁过程中(涉及铁前造块)，产生NO的节点如下:1) 含铁粉状原料的烧结过程中,重要是燃料型N的形成区域。由于烧结持续时间长、耗风量大,也会有小部分的热力型NX生成。2)无内配碳的氧化球团矿焙烧,也许生成热力型NX的节点是焙烧带的高温区（10-130）。虽然理论中大气中氮形成NX的温度是50,但事实上，在001300就也许生成NOX。3)高炉风口前的燃烧带(氧化带)，由于该区域是高炉完毕“碳”氧化物的区域,如果风温达到000，燃烧带的温度就可达700,甚至更高。因此该区域
6、具有同步形成燃料型和热力型NOX的双重条件。使用喷煤的风口燃烧,NOX的形成还与所喷煤种的挥发分有密切关系。3 无“碳”燃烧的球团矿生产，可直接减少燃料型OX的生成。烧结工艺所需的热量来源是内配焦料或煤粉，而球团工艺用的是高炉煤气或焦炉煤气。生产烧结矿的固体燃料消耗大体是4kcet,而生产一吨球团矿只需要170m3高炉煤气,折合1830kgce。低热值的高炉煤气比焦炉煤气燃烧形成燃料型OX的机率更小。因此，球团工艺不仅有助于提高高炉煤气的直接运用率(10%使用球团矿冶炼是现行工艺高炉煤气运用率的倍以上），并且也很少会有燃料型NOX的生成。在球团焙烧过程中,其燃烧室温度一般控制是10左右,其焙烧
7、带的温度也不突破10,因而，虽然在氧化氛围中有2的存在,热力型NOX形成也相对较少。我公司生产熔剂性复合球团矿,由于在生球制备中加入了部分非磁性含铁矿物,因而燃烧室的温度一般控制在950左右，焙烧带的高温通过区温度严格控制在1200-230之间，因而NX形成的机率就更小。4 高炉10%使用软熔性能优良的熔剂性球团矿，可通过稳定鼓风参数控制N的生成高炉鼓风参数重要是指风量、风压和风温，高炉鼓风参数的拟定是以鼓风能否高效、节省、顺利完毕炉料还原为前提的。如果把鼓风比方成“矛”,那么,“盾”就是高炉的炉料。因此，有助于还原的、冶金性能良好的炉料是解决鼓风与炉料矛盾的基本。长期以来，由于炉料构造的因素
8、,国内高炉的吨铁耗风量始终高于欧州、北美、日本等先进国家。高炉吨铁耗风量高,不只挥霍了鼓风动能，增长了电能消耗，也是国内炼铁能耗始终高于其她先进国家的重要因素。同步,由于鼓入高炉过多的空气,也为在风口前形成热力型O发明了机会。41高炉炉料构造制约着高炉的鼓风动能高炉鼓风会在每个风口前形成一种燃烧带,所谓燃烧带就是风口前有O2和C2存在并进行着碳燃烧反映的区域，即回旋区空腔加周边疏松焦炭的中间层。在燃烧带里,由于是氧化性氛围，因此又称为氧化带。燃烧带对煤气分布、炉料运动、高炉冶炼的均匀化和炉况顺行均有很大影响。影响燃烧带的因素涉及鼓风动能,燃烧反映速度和炉料分布状况。生产实践和理论研究证明，可以
9、通过调节鼓风动能来控制燃烧带的大小。在不同的冶炼条件下，客观上存在着一种合适的鼓风动能,在这个动能下获得合适的燃烧带和合理节省的初始煤气分布，保证炉缸工作均匀活跃,高炉稳定顺行。当高炉冶炼强度低，原料条件差时，应采用较大的鼓风动能;当冶炼强度高，原料条件好时,应采用相对较小的鼓风动能。影响鼓风动能的因素有风量、风压、风温和风口截面积，其中风量对动能的影响最大。合适的鼓风量应在满足风口前的碳氧化反映外,不滞余过多的O2，如此,不仅能节省燃料消耗,还能在燃烧带内控制高温下热力型OX的形成。图1燃烧带大小及分布图图高炉煤气温度变化图因此,100%使用冶金性能良好的熔剂性球团矿冶炼从炉料构造上为形成稳
10、定的燃烧带发明了有利条件。4.球团矿较烧结矿有助于改善料柱透气性,提高煤气运用效能球团矿与烧结矿相比粒度小而均匀（其平均粒度范畴为8-16m），有助于改善高炉上部料层的透气性，使料层分布更趋均匀合理。 球团形状近似圆形，其比表面积远远比烧结矿高,球团在氧化氛围下焙烧获得，FeO含量低（0.5-15)，而烧结矿Fe含量达%2%。因此，球团矿较烧结矿具有含铁品位高（约高5)，堆比重大,还原度高、热强度好、煤气运用好，间接还原发展等优势。世界上许多发达国家如北美、瑞典、德国等国家已实现部分高炉100%熔剂性球团矿入炉，并获得了降焦增铁的效果。高炉还原过程中,高效、稳定的煤气运用效能是稳定燃烧带的重要
11、前提。4. 100%使用熔剂性复合球团矿冶炼有助于调节合适的鼓风参数矿石的软熔性对软熔带的分布特性有决定性的影响。软化温度高而熔滴性好的矿石使软熔带下移,软熔带变薄，有助于减少高炉下部煤气流的阻力，均匀煤气分布,稳定炉况，增进顺行和减少焦比；而软熔温度低、软熔区间宽的矿石,使软熔带升高、变厚,既不利于Fe的间接还原，又恶化料柱透气性,影响冶炼过程的正常进行。矿石的软熔性重要受脉石成分与数量、矿石还原性等影响。脉石数量少，碱性氧化物含量高，矿石易还原，Fe低的其软熔温度高，软熔区间窄，有助于高炉冶炼。北京科技大学曾对我厂熔剂性球团及弓长岭酸球的冶金性能进行检测，其中软熔特性见表二。表二、正朴熔剂
12、性球团与弓长岭酸球软熔性能比较矿种软化起始温度软化终了温度软化区间熔化开始温度滴落温度熔化区间正朴熔剂球团969161871380144262弓长岭酸球844112278136019132比 较23490-50-7严格来说,鼓风也是高炉炼铁必须的一种炉料,鼓风里的有用成分重要是氧气，在风口前氧化燃料中的碳,产生热量和还原气体,因此，高炉鼓风应考虑如下三个因素：a) 动力学因素。保证料柱足够的透气性。b)热力学因素。保证炉缸足够的热能储藏。) 碳氧化因素。避免碳氧化局限性或相对过剩导致的焦比升高。我们懂得,软熔带消耗了70的鼓风动能，因此，决定鼓风动能的最后因素是软熔带的性状。软熔带窄、流动性好
13、、位置低且稳定,有助于调节合适的鼓风动能。目前,国内大多数钢铁公司的高炉炉料构造大体是：5%80%高碱度烧结矿，配加152%左右酸性球团矿,部分钢铁公司还配加%0%的高品位块矿。由于不同矿种的软化起始温度和熔化终了温度不同,因此,入炉矿种越多，软熔带越宽且不稳定,这使得高炉被迫配备高压风机,由于鼓入高炉的风量不易控制，就很难做到用量与其她炉料的合理匹配。熔剂性复合球团因其具有良好的还原度、合适均匀的粒度及参与反映的比表面积大(较高孔隙率)、特别是优良的软熔性能保证了软熔带窄、低、稳。因此,100%使用熔剂性复合球团矿冶炼,具有了寻找合适鼓风量及鼓风压力的基本条件,这是高碱度烧结矿配酸性球团矿的
14、炉料构造不能比拟的。5 减少高炉冶炼的燃料比，是减少排放的主线途径我公司研发并使用熔剂性球团矿已有十近年头。熔剂性复合球团矿生产技术是我公司为高炉炼铁降焦而开发的一项铁前节能技术。其基本原理是在高铁低硅的磁铁矿粉中添加一部分非磁性含铁矿物及氧化钙、氧化镁碱性矿物，经充足混匀后完毕第一次造球,经筛分后,合格粒度的球团进入第二次造球系统，在球团表面外裹一层碱性矿物,密实后进入焙烧器。其目的除增长球团的预定碱度(我们一般把二元碱度R2控制在081倍）外,重要是消弱熔剂性球团在焙烧中对温度的敏感性，避免粘结,以便焙烧过程易于把握(此项技术在获得国家发明专利)。熔剂性复合球团矿生产技术是在“自然观”指引
15、下的“减量法”顺势思维的产物,即尽量不在排放终端做被动的“三脱”，而是在生产流程中减少污染物的产生。如此不仅减少了生产成本,同步,减少了被动“三脱”的环保成本。使用熔剂性复合球团炼铁之因此能减少燃料比,是由于其具有优良的还原性。还原性能是评价矿石冶金性能的重要质量指标。矿石还原度越高高炉炼铁的燃料比越低，并能有效缩短冶炼周期,增长产量。有资料显示，炉料的还原度提高0%，将减少燃料比并提高产量各5%。熔剂性球团与酸性球团及烧结矿相比具有较高的还原性。熔剂性球团只需6070分就能达到0的还原度，而酸性球团要还原0则需110-120分。这一特性在各专业文献和各科研专项报导中均有论述。 还原度高有助于间接还原发展，有助于提高炉缸热储藏,最后成果是减少燃料比。铁矿石的还原性取决于矿石的矿物构成和孔隙率。我公司生产的熔剂性复合球团矿还原度不小于80%,我们对不同生产时期的球团取样，委托河北联合大学对球团的冶金性能及矿相构造进行检测分析,成果显示：我厂球团矿具有许多开气孔,气孔多连通，孔隙率达40左右。当还原气体通过球团时，不久进入球团内
